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智能制造已成为制造业发展的主要方向澳门新浦京娱乐官方网站,后由优化得出的数据控制实体层的各种装备

发布时间:2020-01-26 09:12    浏览次数 :

【机械网】讯  德国工业4.0的着眼点、关键点是什么?工业4.0要解决的重点问题是什么?它突破方向最有可能在哪里?目前来看,它已经解决了哪些问题?一段时间以来,德国工业4.0与智能制造在全国制造业界引起巨大反响。据闻,在相当一些德国企业尚未清楚工业4.0的情形下,国内舆论宣传与国外相比,甚至更加普遍,声音更加响亮。那么到底什么是工业4.0?它将带给现代中国装备制造业界什么样的影响?在这样的情形下,当前的中国业界如何看待这些问题?应该做些什么?  作为中国机械工业领域老资格的领导者之一,原机械工业部副部长沈烈初以其数十年的从业经验,特别是扎实深厚的专业功底,以及求真务实的工作作风,对德国工业4.0以及未来中国智能制造的发展提出了非常有见地的意见及建议。与之交流过的一些企业界人士评价,这是一个自工业4.0概念提出以来,国内有关对其诠释与理解十分到位的一篇文章。只有经过认真思考、踏实调研、有深厚专业背景以及对行业深刻理解和洞察之人,才能产生如此有针对性、有见地的意见。  “智能制造是一项长期系统的过程,不能一蹴而就;要在考虑企业效益(指质量、成本、交货期)的前提下,用投入产出经济学理论审视实施智能制造。  中国装备工业现阶段还在于加强科学化、信息化管理,距离智能化尚有很长一段过程;智能制造发展需要全方位人才。  沈烈初先生根据学习与调查实践,归纳德国工业4.0的主要内容:即1.0为机械化;2.0为电气化、半自动化;3.0为信息化,即高度自动化、少人化;而4.0就是数字化、网络化及智能化了,即虚拟实体系统CPS(cyberphysicalSystem),也有人翻译为信息物理系统。  沈烈初认为,首先要认识我国国情。我国制造业水平不同于德国,推进我国智能制造发展,工业4.0可作为参考而不能简单复制,必须通过实践和总结找到属于我们自己的成功之路。  智能化首先需要高度信息化  沈烈初说,工业3.0是信息化、高度自动化、少人化,而工业4.0应该是高度信息化(即数字化、网络化)+智能化,构成CPS系统。“三化”发展呈序列顺序进步,高度信息化向智能化过渡,这一过程需要很长时间完成。  他非常形象地描述到,数字化是将物体特征或工艺过程转化为数字描述或数学模型。网络可以看作为信息高速公路,沈烈初说,没有信息的网络,类似没有汽车的高速公路。没有网络,信息就无法高速传递,互联互通。信息化即是数字化和网络化的融合,包括信息获取、信息传递、信息处理、信息再生和信息利用。所谓物联网,就是人或物这样的实体用数字描述,通过互联网进行物与物、物与人、人与物、人与人四维互联互通。  辨别信息化(数字化、网络化)与智能化最简便的办法是:前者是管理的开环系统,后者是管理的闭环系统。智能化是在信息化基础上实现系统的自组织、自记忆、自诊断、自决策、自适应,使系统在更佳或最优情况下运行,因而需要建立大量的数据库,建立各类数学模型或专家系统,而且信息必须是实时采集、加工、通信和处理。由此可以看到,智能化的发展是一个漫长、不断改进与完善,进而发展的过程,不是一蹴而就的,更不是通过实施一两个专项就可以变身为智能制造了。  “中国制造2025”中的十大高端装备都要求定位在数字化、网络化及智能化之上,这就要求同时也要使其生产、制造过程实现“三化”管理。  在沈烈初看来,智能制造的“三化”即数字化、网络化、智能化;而制造过程的“三化”,实际上应该是两个领域,提供产品制造的装备和制造过程。首先是装备的“三化”,其次是制造过程的“三化”,这两个概念有很大不同,既有联系又有区别。智能制造即产品制造过程的“三化”,是建立在提供装备的“三化”基础上,有这样的“智能体”作为前提,才能实现智能制造。装备的“三化”水平,在较大程度上决定了各行业“三化”的水平以及实现的难易程度。  沈烈初同时强调,单机制造构成不了生产力,只有成套才能真正发挥生产力的作用,因而装备单机实行“三化”过程中,要注意通讯接口,可与上下游设备互联互通、信息交换及时、共享。对于成套设备来源于不同企业的,如何“三化”更加重要。  辩证看待实体制造和虚拟制造  沈烈初说,我用一生获得的经验教训是,就技术论技术,很难真正推进技术进步与发展。虚拟设计、虚拟制造是一种手段,是为实体设计、实体制造服务的。信息技术发展到现在,有可能用计算机推演千百种方案进行比较,取得最佳方案后,再变为实体设计与实体制造,开发出新产品,再验证修正完善。这就可以大大缩短研发周期,节约研发资金。新产品定型后,再用计算机推演得出最佳制造过程,从而安排实体制造的工艺及生产。尽管这样,也有一个不断完善的过程,因为研发与制造过程受多种内外因素的干扰,在这里仍然需要有经验的设计师、工程师、制造工艺师决策和干预,这样才能做出好的产品,才能保质量、降成本、缩短生产周期。  计算机运行的海量数据,其基础采集必须来源于实践和实体,所谓大数据、云平台,都是将海量数据经过分析,提取有用的信息,为实体制造与实体设计服务的。  只有实体制造才能生产出产品,满足人们衣食住行用各方面需要。  不同阶段的智能化需要不同的顶层设计与实施步骤  目前国内装备制造业大多处于工业1.0、2.0时代(只有少数企业处于3.0或3.0初期),因行业、地区、企业大小,所有制、创新能力、发展阶段等有很大差异,因此必须分类指导推进智能化。  沈烈初认为,参考模型对于企业实践来说,仅起引导作用,智能制造是一个长期的过程。很多企业的智能化管理还处于起步时期,尚处于规划阶段,远未达到高度信息化水平。要清楚地了解,智能化的前提是高度信息化(数字化、网络化);而信息化的前提是科学化管理,如精益化生产LP、准时化管理JIT等。  沈烈初告诫,如生产管理中形成数据不规范,或不全面,则不可能实现实时的信息化管理。他参观调研的企业中,大部分生成数据不真实,不能实时提供,据此进行的信息化管理又有什么意义呢?在现阶段,企业管理不排斥在库存、财务、工资等局部小系统不断地引进应用CAD、CAM、CAPP、CAE、SCM、 CRM等,以此来培养员工,不断使生产过程科学化,遇有机会便可把各个独立的信息孤岛互联互通。这就要求企业必须有一个顶层设计,分步实施,局部操作,积累经验,培养人员,最终实现高度信息化管理。要注意系统设计时,各信息孤岛之间保留可链接的端口,以实现信息交换兼容。  标准化和模块化是实现智能制造的基础  信息化管理与产品的模块化设计、生产组织结构、模式等有极大关系。德国产品设计结构一直采取模块化,零部件尺寸要素标准化,这是为适应大规模工业化制造的需要,其技术模式可追溯到第二次世界大战之前。沈烈初用自己在德国学习时的经验说明,工业结构为社会化、专业化大生产方式,可以节约资源、降低成本,并可迅速转型升级,有利于缩短新产品开发周期。由于产品的模块化设计,企业内生产组织要相应地变化。  沈烈初介绍,德国在上世纪80年代已普遍采用制造岛(productioncell)模式:结构相似、工艺相近的零部件在一个“制造岛”生产,这是成组加工(GT)的进一步发展。如今德国的一些企业仍然采用“制造岛”生产模式,由于采用信息化管理又有了新的内涵。“制造岛”现场设备之间的互联互通,就构成了所谓的二级管理“智能体”。  我国制造业管理模式存在着不同的形式,水平亦不同于德国。以机床行业为例,上世纪60年代即进行了两种不同模式的生产管理,一种以零件为对象的专业化车间,一种以产品为对象的封闭式车间。如今,这两种不同的生产组织模式仍在机床企业存在。可以想见,在此基础上实行的信息化管理模式也会有很大差别。  在沈烈初看来,实现定制化、专业化、端对端、纵向集成、横向集成、硬件与软件结合的工业4.0的现代化大生产模式,必须从设计上改革,采用标准化、模块化设计,尽量减少非标设计与生产。他说,在经济全球化的今天,不论研发设计、生产与销售的信息化管理都已面向全球,要真正做到利用国内外两种资源(包括人力、物力、信息)、两种市场、两种资金,“以我为主,师洋而不崇洋”,进而实现强国之梦。  自主可控工业软件与系统集成急需解决  众所周知,信息化与智能化的发展靠硬件,更要靠软件。国内工业软件研发与应用存在的短板必须彻底解决,实现自主可控的工业软件研发和应用体系,智能制造才能持续发展。  对此,沈烈初提出建议,大型企业或集成商要有自己的软件开发人员,通用性软件如CAD、CAPP、CAM、CAE、ERP等可以买到,但结合现场工艺与生产需要的应用软件要靠自己开发。相关工作人员要懂得信息化、智能化技术,更要懂得工作对象的产品与工艺,否则两化不可能真正融合。在他看来,凡信息化管理成功的企业,应用软件都是自行开发的。很多企业的实践表明,自主研发的应用软件既经济适用,又便于商业保密。  沈烈初继续以关键部件传感器为例说明,长期以来传感器仍受制于发达国家,因其重要作用,甚至有时引起政治与商业上的麻烦。在过去和今天的装备工业发展战略规划中都将传感器作为核心技术来攻关,目前来看,虽得到高度重视,但收效不明显。沈烈初直言,无论虚拟制造与实体制造,亦或信息与物理系统的桥梁,都是传感器。没有传感器就没有智能制造,没有装备的数字化、网络化、智能化,就没有物联网,也就发挥不了互联网的作用。  沈烈初认为,信息化管理推进中,还有一个重点要素即集成商,连结需求千变万化的企业和提供软硬件供应商。目前国际厂商很多都与中国的大企业、大集团签订了合作协议,出售他们的软硬件及应用系统的同时,了解并掌控了中国企业的运营数据。在这里,沈烈初注意到了信息安全问题。他认为,中国国民经济的安全问题需要一大批推动智能制造的集成商,建议一些有实力的企业成立信息化公司,不仅服务企业内部,也可对外承接企业信息化管理的系统解决方案与实施。  智能制造的深层次描述  沈烈初认为,我国装备工业总体目前尚处于信息化阶段,没有进入智能化时代。  他建议在推进智能制造过程中应结合自身实际,参照德国工业4.0八个优先行动计划,对标准、安全、培训、监管、资源效率等相关内容作出系统考虑。  比如人才方面不仅要充分重视高端科技人才、管理人才,更要发挥身怀绝技、具有长期制造经验积累的能工巧匠的作用,发扬“工匠精神”。特别是实现网络化制造的过程中,如何更好地在法律法规环境下保护商业机密和知识产权、加强产品质量监督,以及针对不同的制造模式、产业形态和价值链的变化,财政税收制度的改革支撑,完善监管体系和配套的法律法规文件的任务十分重要。  最后,沈烈初特别提示,在当前经济下行压力下,企业效益连续下降,产品质量尚未得到解决,要把“能用不太可靠”转为“好用而可靠”十分困难。因此,在新产品转型升级步履维艰的情况下,更要因地制宜,因企制宜,因产品与生产方式制宜。统一规划,分步实施,先易后难,要在考虑企业效益(指质量、成本、交货期)的前提下,用投入产出经济学理论来审视实施,不要为智能制造而智能制造。装备工业发展的现阶段还在于科学化、信息化管理,不求其名,但求其效果。【打印】 【关闭】

按业务流程分,一般智能制造分:管理层、执行层、控制层及实体层,有的企业在管理层之前加一个决策层,在实体层之后加一个传感层,这是一个虚实结合的系统工程,亦即CPS系统。

《诚外无物 匠韵绝伦-工匠革新36技》是由设备管理界的领军人物李葆文教授编著的匠心之作。作者着手对古今中外大量的工匠革新活动案例进行反复比较研究,并按照其革新的主导思路进行了归纳,并以四字成语方式提出工匠革新三十六个技法,是一部真正力求"雅俗共赏"的科普性读物。

实体层是生产过程产生增值的过程,亦即是一个企业活动的出发点与归宿,是社会物质生产产品的单位,它又是一个庞大的系统,如机械制造包括毛坯、加工、装配调试、涂装、检测、包装等制造过程。传感层就是把这些生产过程中各种信息实时采集,所谓各种数据形式的来源,抽象出来就是人、机、料、法、环、测及水、电、风、汽和信息传输存储网络,它们之间的互联互通不解决,数字化、网络化最后发展为智能化制造根本不可能。 目前中国制造业,特别是装备制造业有发展不平衡、不充分的特点,其企业结构与水平具有工业1.0、2.0、3.0的实体层比比皆是。据笔者近几年来考察近百个装备制造企业来看,实施所谓智能制造的瓶颈在实体层设备的互联互通及数据采集上。当然有一批先进的大中型企业,精益生产及准时化管理做的较好,具有合理的业务与工艺流程,且有着较先进的生产设备,数控化率较高,因此这些企业是数字化、网络化及以后的智能化制造的先行者,但还需要大量的探索及积累数据与实践经验的过程,然后才能达到柔性化、定制化、可视化的阶段。 其中关键环节是因各种控制系统中传递数据信息的通信协议有不同的版本,如机床数控系统常用的国外有FANAC、三菱、西门子、Heidenheim等,国内有华中数控、广州数控、光洋、高精、凯恩帝、维宏、精雕等系统;驱动又分伺服电机系统、步进电机系统等;现场总线也有不同版本,PROFIBUS、MODBUS、CAN、EtherCAT等,如何把传递数据的不同版本的协议,能互相兼容,上传下达?很多单位是采用软件包或独立模块,如日本马扎克称之为Smart-Box、光洋称之为MCU、沈机i5及ISESOL系统称之为i-Box、仪综所称之为智能网关。因此,每个企业就能形成自己独特的信息管理系统及统一的接口与协议,这是智能制造信息架构的重要组成部分。 数字化、网络化及智能化制造,就是在制造过程中对生产全要素的描述与使其优化组合,使装备制造达到“质量第一,效率优先”的目的,使企业增加市场竞争力与可持续发展能力。笔者在调查研究中发现几个难点: 首先,有两种现象普遍存在。一个是畏缩不前,认为实施“三化”过程,需要一大笔资金改造实体层各生产环节。另一个是为“三化”。而“三化”似乎有点像“面子工程”一样,如不搞“三化”,受不到上级及同行的重视。笔者认为要用“投入产出”经济理论来研究与落实“三化”,如只有投入,没有产出或产出很少,这是不合理,不经济的。 其次,是先搞好科学化的生产管理。即精益生产及准时化管理,与搞不搞“三化”没有多大关系,这是提高企业生产率与竞争力不可或缺的;反过来说,LP及JIS搞好了,“水到渠成”搞“三化”就容易多了。所谓“三化”中的管理层、执行层、控制层可形成一个所谓虚拟工厂优化生产要素的组合及业务流程,后由优化得出的数据控制实体层的各种装备,这就是虚拟与实体生产过程互相“映射”,经过多次的PDCA相互映射就可以得出比较优化的业务流程。在这个过程中数据的真实性与全面性就十分重要。 第三,关键在于数据的采集、传输、筛选及建模。数据的种类很多,包括生产、管理、质量、资金、设备等生产全要素的数据,并且还要收集与企业及产品用户需求等数据,形成所谓条数据与块数据,这才能利用实时的数据进行优化与预测,没有数据就没有“三化”。因此建立多种数据的数据库是第一位的。 山东临工等企业实施“三化”的启示 山东临工案例及启示 不要把企业“三化”看作“高大上”技术,若企业员工不懂得“三化”的意义、目的、内涵等,搞“三化”有什么意义呢?山东临工工程机械有限公司的经验对笔者启示很大。他们办企业的指导思想是“一全,二创,三结合”。笔者曾说过,这是新时代的“鞍钢宪法”。过去山东临工的发展,提质增效是靠这个办法,现在企业搞“三化”也是靠“一全二创三结合”的办法。笔者于2017年2月写过一篇《工业2.0补课,工业3.0全面推进,工业4.0试水—山东临工创业创新考察记》,在文章后面附有笔者于2015年5月28日写的一篇《推荐一篇好文章—山东临工“一全二创三结合”创新管理模式探索与实践》。笔者了解到山东临工在上世纪90年代初就引入CAD等数字化技术;2007开始引进VOLVO的精益生产及准时化管理方法,2008~2009年为学习导入期;2010年进行可视化管理,开始成立CI小组;2013年推进标准化作业,共有22个模块,在此过程中分期分批进行全员培训,提高员工的认识与业务水平。因为企业的业务流程涉及到每个员工的职责,没有全体员工的自觉参与,再好的技术与管理模式也起不到理想的作用,这就为实现“三化”或“两化融合”奠定了坚实基础。因此,山东临工在过去信息化基础上,采用德国SAP管理软件,加上自己开发的应用软件,设计了一个完整的信息化架构与接口,包括管理层、执行层、控制层。在实体层,因车间性质与工艺流程不同,执行层、控制层也不完全相同。笔者考察了几个车间,包括结构焊接车间、液压件车间、装配车间、物流等,其实体层中很多装备都是由三结合小组自己设计制造的,因为他们熟悉工艺,将来也是他们来操作使用,因而只要统一接口,统一协议就可以了。有的采用有线通信,有的如装配车间一些工序采用无线通信,随时可用智能手机扫描,知道某一订单的产品进行到哪一个工序了。真正实现了共商、共建、共享的搞“三化”模式,把“高大上”技术与全体员工结合起来,他们的经验值得重视。由于山东临工很早就注意其生产的工程机械产品,如挖掘机、装载机、路面机械的“三化”控制,产品都装有GPS定位系统等,可进行远程监控,收集产品在用户使用情况及运行时的工况数据,不仅可进行在役产品的健康检查及指导维修服务,而且通过在用户中开展“好司机”活动,及时得到了终端用户反馈的装备产品质量、可靠性、可用性、易用性等大量有用的信息,为不断改进产品、制造过程,供应链的优化等打下基础,这就是PDCA多次循环后,提质增效的最佳的路径。同样,利用大数据进行市场对各种工程机械需求的预测,山东临工也进行了这方面的研究。 在前几年工程机械市场处在困难境地,山东临工坚持“专注实业,聚焦主业,不断进行供给侧改革”,不断推进“三化”工程。不像有些工程机械企业,实行所谓“跨行业发展”“多元化发展”“脱实向虚”等发展战略,以求得“脱困”或增加“体量”“规模”,结果呢?2017年就有了答案,根据某媒体的统计,以人均营业收入即劳动生产率来比较,在行业前九位工程机械企业的统计中,山东临工为157.75万元,182.22万元,315.58万元,位居9个企业之首,从纵向比,山东临工2017年劳动生产率比2015年增加了一倍;从横向比,2017年人均劳动生产率是第九位企业的1.7倍;当然交给国家的税收及利润也相应增加了。企业推进“三化”或“两化融合”需要很长的时间,不是一蹴而就的,需要统一规划,分阶段、分步骤的实施。由于新技术特别是信息技术仍在高速发展,因此,企业还必需在实施一定阶段后,要及时修改及优化“三化”发展规划,然后再分阶段、分步骤继续实施。总之先易后难,问题导向,借用外力,培养自己的能力,这样看得见成果,鼓舞全体员工士气,坚持走适合自己企业情况的“三化”及“两化融合”的道路。 一个好的企业,需要有一个好的领导及集体,要有一个强有力的执行机构,需要有包含熟悉硬件及软件的信息化技术团队。从优化业务流程来看,涉及方方面面的人员工作及其职责的科学划分,也就是部门与个人间的利益调整。总之,没有优化业务流程及LP和JIS管理模式,“三化”或“两化融合”是无法进行或没有显著效果的。这一点并没有被一些企业领导及有关部门所重视,容易把智能制造滑入误区,这是危险的,事倍功半。 常熟开关等企业案例及启示 制造断路器的常熟开关制造有限公司,从上世纪1991年,还是处在一个面临破产境地的小厂,临危受命担任厂长的唐春潮决心借款数百万元搞CAD产品设计。他深知没有高水平的产品,企业是活不了的,高水平的产品需要高水平的设计手段,从而在一片反对声中就做了,开始走上两化融合的道路。2011年左右第二代主要领导王春华同志接班,前赴后继深入搞“两化融合”及智能制造,至今已超过25年。分阶段梳理各方面的业务流程,从销售、计划、生产、质量、维保、物流、采购、仓储、能源等近30个业务板块,进行信息化优化,它是在一个不断优化架构下,有步骤、分阶段进行的,拥有大量数据。前两年笔者去调查常熟开关数据库时,存储容量接近80T了,现在的员工没有信息化手段已经不习惯了。 其它如南京康尼机电股份有限公司、厦门宏发电声股份有限公司、山东文登天润曲轴股份有限公司、重庆盟讯电子科技有限公司、北京时代集团等企业搞“两化融合”都已有二三十年了,形成了自己特色的信息化管理系统,没有持之以恒的决心,不可能取得如此大的成功。因此搞“三化”永远在路上,要随着产品升级换代、企业管理的进步、国际化经营发展等情况变化而变化。 装备工业在“三化”中的担当 装备工业是为各行各业的制造业提供装备产品的,其质量、性能、效率等决定着这些制造业的水平与效益,这是大家的共识。因此,装备工业的“三化”水平更加重要。装备工业的“三化”包括产品的“三化”控制、制造过程的“三化”管理及用户在役产品运维的“三化”服务。 如果装备工业提供的产品、生产线“三化”水平高,用户的生产过程,即用户的实体层互联互通就很容易实现。装备产品的“三化”,即采用数字化、网络化、智能化控制是现代机械装备实施机电仪一体化的升级版。上世纪50年代初,美国出现数字控制机床,这就开启了数字化控制大门,具有划时代的意义,以后出现半导体技术,模拟计算机向数字计算机过渡。1971年美国Intel制造出4位的小规模集成电路,这是又一次质的飞跃。到现在经过LSI、VLSI已发展到64位产业化芯片,线宽达10纳米超大规模的集成电路,按摩尔定律性价比还进一步发展。上世纪70年代出现PLC可以用硬、软件代替硬件控制,从此大大促进了软件的发展。除通用芯片外,还出现种类繁多的专用芯片,促使装备工业的发展如虎添翼。数字计算机的出现,也大大提高了机械工业的产品与管理水平。 笔者上世纪70年代末去美国辛辛那提机床厂考察时,他们的产品主要为大规模生产的汽车工业以及小批量多品种生产航空产品的波音及麦道飞机制造公司提供数控及其它金切机床,生产管理已经用了计算机,该厂以销定产,根据订单安排半年、三个月粗计划,一个月的细计划,一旬或一天的执行计划,滚动修正,大概现在所说的APS系统。那时还不是实时,而是批处理。笔者在1978从工厂调到原机械工业部部机关工作,当时一机部总工程师陶亨咸,从德国亚琛工业大学邀请两位教授,准备在沈阳第一机床厂的1A62车间大批及中型车床成批生产车间进行计算机管理试点。笔者陪同两位教授到原沈一机考察,当时工厂的各级领导尚不熟悉计算机管理,除上课进行技术交流外,并到两个车间详细考察,两位教授查阅了工单、工票、计划书、工艺文件等纸质资料及文件,考察两天后,两位教授提出数据不完全,有些数据不真实,流程不合理等。两个车间的领导连数据都说不清楚,后来这个合作就停止了。这说明当时我国最好的机床厂,是前苏联156项援助项目之一,尚且如此,其它机床厂呢,恐怕也差不多。 再说宝钢二期工程,引进德国的2050板材热联轧机,用三级计算机控制,一共有11个机架,4个粗轧机架,7个精轧机架,都采用液压伺服压下装置,全部用计算机控制。通过宝钢二期工程,我国掌握了热轧、冷轧、连铸连轧等用计算机控制的冶金设备。不仅提高了宝钢二期的工艺水平,为宝钢实体信息化底层装备的互联互通提供很方便的条件。 去年笔者时隔十余年再次到中信重工进行学习,面貌一新,特别是成套矿山重大技术装备,根据用户提出的不同需求,配置各种破碎及球磨等设备,在这里用户使用工艺十分重要,根据使用工艺试验室实验取得的数据后,进行设备的选型,采用数字化、网络化控制,这实际上是定制化的成套矿山设备,为用户提供谓之“智慧矿山”的装备与信息化管理系统。 其他如通用机械行业的透平压缩机等高端产品,笔者在西安陕鼓集团的中控室看到包括在国内外用户处在役产品的运行工况,一览无余。 至于机床工具作为装备工业的母机,这几年在国家04专项支持下,华数、广数、光洋、高精、维宏等企业已具备了生产高中低档的数控系统,从性能上讲,基本可以满足要求,但在质量、可靠性、性价比、售后服务等仍需提高,特别是品牌认知度在用户中还不高,高端数控机床在市场占有率仅提高到5%。笔者认为数控机床中,机床本体的水平、可靠性、使用性能比数控系统还差,大都停留在样品、样机阶段,尽管采用了不少国外或境外的功能部件,仍然没有显著提高,不知为什么,大概是缺乏一批工匠及技术工人,加上粗放式管理,缺精细生产观念等,我们的智能制造是不能建立在国外的数控机床基础上吧!数控机床及机器人控制原理基本一致,可能在算法上有一些不同,如华中数控、光洋数控等,一个数控系统,因为有多通道等功能,既可控制机床,也可同时控制机器人,如西门子的840Dsl一样。 再说说其它装备吧!铸、锻、焊、表面处理装备很多已采用计算机、PLC、计算板卡或嵌入式芯片、总线传输信息技术,这些装备的“三化”与管理“三化”逐渐变得容易,如北京时代集团可提供成套的自动化和信息化程度高的焊机及车间的信息管理系统,并可远程可视化监控,在这里特别要重视标准化接口,与其它装备或信息化管理系统互联互通。 不久之前笔者在大连参观学习德国的Grob机床厂,它为福特生产的2.00升铸铝缸体加工,钢套在压铸缸体时就铸入,大大减少了加工工序,精加工钢套采用CBN刀具,节拍大概是4~5分钟,整个控制装置是采用西门子840Dsl,经过Grob二次开发的,福特提供一套与整个福特工厂兼容的网络接口,这样Grob的网络接口必须与福特网络兼容,这也可说网络及通讯协议已定制化了!生产线很方便在使用场所与整个福特的信息网络互联互通了! 总之,目前我国制造业处在数字化、网络化阶段,数字化是网络化、智能化的基础,因此笔者认为,目前“数字装备工业”与“数字经济”一样,是最紧迫的课题,否则很难实现互联互通,或进一步发展人工智能及智能制造。 最后笔者还有一个启示,像常熟开关、厦门宏发等公司,根据自己工艺要求,设计制造自己所需的具有“三化”控制功能专用自动化设备及生产线。厦门宏发设计制造的12头微细漆包线的绕线机已达国际水平,除自用外还销往国内外。又如山东文登天润曲轴股份有限公司、滨州渤海活塞股份有限公司等都有自己的数控专用机床生产基地,因为功能部件都可在国内外市场上采购到,更多的是附加上了曲轴、活塞的制造工艺技术,数控专用机床不仅满足了本企业的需求,而且有的还可以供国内外市场使用。又如山东临工在推进信息管理进程中,一个“三结合”小组研发了一台AGV小车,有自己的特点,仅花10万元,现在厂内已使用了超过150台,大的AGV小车可装载1~2吨工件重量。为此专门成立了一个公司进行生产,可以对外销售,并可为用户制定一套物流方案。 装备工业的“三化”方兴未艾,关键是互联互通和远程标准化接口,包括软件互相兼容就十分重要,需要有关部门研究解决。 这些启示,是个人的体会,由于笔者的知识水平很低,错误之处肯定很多,望业内专家指正,算是抛砖引玉吧。

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摘要

当前,以新一代信息通信技术与制造业融合发展为主要特征的产业变革在全球范围内孕育兴起,智能制造已成为制造业发展的主要方向。智能制造尚处于不断发展过程中,社会各界的认识和理解各有不同。机械工业仪器仪表综合技术经济研究所长期跟踪世界制造技术发展,在大量的企业调研和国际交流的基础上,形成了“对智能制造的一些认识”一文,与大家分享。

1.智能制造概念

“智能制造”可以从制造和智能两方面进行解读。首先,制造是指对原材料进行加工或再加工,以及对零部件进行装配的过程。通常,按照生产方式的连续性不同,制造分为流程制造与离散制造。根据我国现行标准GB/T4754-2002,我国制造业包括31个行业,又进一步划分约175个中类、530个小类,涉及了国民经济的方方面面。

智能是由“智慧(wisdom)”和“能力”两个词语构成。从感觉到记忆到思维这一过程,称为“智慧”,智慧的结果产生了行为和语言,将行为和语言的表达过程称为“能力”,两者合称为“智能(intelligent/smart)”。因此,将感觉、记忆、回忆、思维、语言、行为的整个过程称为智能过程,它是智慧和能力的表现。

目前,国际和国内都尚且没有关于智能制造的准确定义,但刚刚发布的《智能制造发展规划(2016-2020年)》给出了一个比较全面的描述性定义:智能制造是基于新一代信息通信技术与先进制造技术深度融合,贯穿于设计、生产、管理、服务等制造活动的各个环节,具有自感知、自学习、自决策、自执行、自适应等功能的新型生产方式。推动智能制造,能够有效缩短产品研制周期、提高生产效率和产品质量、降低运营成本和资源能源消耗,并促进基于互联网的众创、众包、众筹等新业态、新模式的孕育发展。智能制造具有以智能工厂为载体,以关键制造环节智能化为核心,以端到端数据流为基础,以网络互联为支撑等特征,这实际上指出了智能制造的核心技术、管理要求、主要功能和经济目标,体现了智能制造对于我国工业转型升级和国民经济持续发展的重要作用。

然而,由于我国技术基础薄弱发展不平衡,企业在进行智能制造实施和升级改造过程中往往茫然不知从何做起。因此,以下将根据智能制造的描述性定义,提出关于智能工厂、制造环节智能化、网络互联互通,以及端到端数据流等四个方面的初步认识,以期说明智能制造的主要内容。

2.什么是智能工厂

智能工厂是实现智能制造的载体。在智能工厂中通过生产管理系统、计算机辅助工具和智能装备的集成与互操作来实现智能化、网络化分布式管理,进而实现企业业务流程与工艺流程的协同,以及生产资源(材料、能源等)在企业内部及企业之间的动态配置。

一方面,“工欲善其事必先利其器”,实现智能制造的利器就是数字化、网络化的工具软件和制造装备,包括以下类型:

1)计算机辅助工具,如CAD(计算机辅助设计)、CAE(计算机辅助工程)、CAPP(计算机辅助工艺设计)、CAM(计算机辅助制造)等;

2)计算机仿真工具,如物流仿真、工程物理仿真(包括结构分析、声学分析、流体分析、热力学分析、运动分析、复合材料分析等多物理场仿真)、工艺仿真等;

3)工厂/车间业务与生产管理系统,如ERP(企业资源计划)、MES(制造执行系统)、PLM(产品全生命周期管理)/PDM(产品数据管理)等;

4)智能装备,如高档数控机床与机器人、增材制造装备(3D打印机)、智能传感与控制装备、智能检测与装配装备、智能物流与仓储装备等;

5)新一代信息技术,如物联网、云计算、大数据等。

另一方面,智能制造是一个覆盖更宽泛领域和技术的“超级”系统工程,在生产过程中以产品全生命周期管理为主线,还伴随着供应链、订单、资产等全生命周期管理,如图1所示。

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图1:智能制造生命周期管理

在智能工厂中,借助于各种生产管理工具/软件/系统和智能设备,打通企业从设计、生产到销售、维护的各个环节,实现产品仿真设计、生产自动排程、信息上传下达、生产过程监控、质量在线监测、物料自动配送等智能化生产。下面介绍了几个智能工厂中的“智能”生产场景。

场景1:设计/制造一体化。在智能化较好的航空航天制造领域,采用基于模型定义(MBD)技术实现产品开发,用一个集成的三维实体模型完整地表达产品的设计信息和制造信息(产品结构、三维尺寸、BOM等),所有的生产过程包括产品设计、工艺设计、工装设计、产品制造、检验检测等都基于该模型实现,这打破了设计与制造之间的壁垒,有效解决了产品设计与制造一致性问题。

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